한양대 최효성 교수팀, 차세대 미케노발광 햅틱 센서 개발

▲(위쪽) 공액고분자 쉘의 다기능 색체 여과 전략을 활용한 고해상도 미케노발광 센싱 플랫폼. (아래쪽) 청색 및 녹색의 압력 감응형 멀티 신호 햅틱 센서의 신호 분리 성능. (자료=한양대)

한양대학교(총장 이기정)는 화학과 최효성 교수 연구팀이 경북대, 영국 케임브리지대와 공동으로 차세대 미케노발광(Mechanoluminescence, ML) 기반 고해상도 햅틱 센서 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

이번 연구는 전원 공급 없이도 기계적 자극을 빛 신호로 변환해 정밀하게 감지할 수 있는 차세대 인터페이스 구현 가능성을 열었다는 점에서 주목받고 있다.

미케노발광 소재는 압력·진동·변형 등 외부 힘에 의해 자체적으로 빛을 발산하기 때문에 전력이 필요 없는 차세대 압력 감응 센서로 각광받아 왔다. 그러나 대표 소재인 ZnS:Cu(황화아연-구리 도핑체)는 발광 스펙트럼이 지나치게 넓어 색 신호가 겹치고 잡음이 발생하는 문제가 있어, 실제 센서 응용에서는 청색과 녹색 신호를 구분하기 어려운 한계가 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 공액 고분자 F8BT(poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole))를 ZnS:Cu 입자 표면에 쉘(shell) 형태로 코팅하는 새로운 방식을 도입했다. 이 고분자 쉘은 490nm 이하 청색 빛을 흡수해 잡음을 제거하는 동시에, 이를 510nm 부근에서 다시 방출하는 이중 기능을 수행했다. 그 결과 광 신호 대역폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)을 기존 94nm에서 55nm로 줄이고, 신호 대 잡음비(SNR)를 0.06에서 0.52로 크게 향상시키는 성과를 거뒀다.

연구팀은 실제 응용 가능성 검증을 위해 멀티 버튼 햅틱 트래킹 센서를 제작, 공액 고분자 쉘이 적용된 소재에서는 색 신호가 명확히 분리되는 것을 확인했다. 이를 통해 무전원 햅틱 컨트롤러, 정밀 동작 감지 디바이스, 스마트 헬스케어 인터페이스 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 확인됐다.

▲(좌측부터) 교신저자 한양대 최효성 교수·경북대 김종호 교수, 공동 제1저자 케임브리지대 정홍인 박사·한양대 최소은 석사 (사진=한양대)

최효성 교수는 “이번 연구는 간단한 표면 엔지니어링만으로 미케노발광 신호의 해상도와 안정성을 확보한 최초의 사례"라며 “향후 웨어러블 햅틱 센서, 인간-기계 인터페이스, 의료 보조 장치 등 다양한 산업 분야로 확산되길 기대한다"고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단(NRF) 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 재료과학 분야 세계적 권위지 'Advanced Materials'(IF 27.4)에 8월 14일 온라인 게재됐다. 논문 'High-Resolution Mechanoluminescent Haptic Sensor via Dual-Functional Chromatic Filtration by a Conjugated Polymer Shell'에는 케임브리지대 정홍인 박사와 한양대 최소은 연구원이 공동 제1저자로, 경북대 김종호 교수와 한양대 최효성 교수가 교신저자로 참여했다.

송기우 기자 kwsong@ekn.kr